DE1913048A1

DE1913048A1 - Diffusor mit veraenderlicher Flaeche fuer Kompressoren

Info

Publication number: DE1913048A1
Application number: DE19691913048
Authority: DE
Inventors: Kunderman Fred K
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1968-03-11
Filing date: 1969-03-11
Publication date: 1970-02-26
Also published as: GB1231152A; FR2003644A1; US3478955A

Description

Patentanwälte Dipi.-ing. Walter Meissner Dipi.-ing. Herbert Tischer

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Fernsprecher: 8 87 72 37 - Drahtwort: Invention Berlin
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Rerlln-Halensee, KurfBrstendamm 130, Konto Nr. 95 716 1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den I >· ' "'-. -~"

1913048 HerbertstraBe 22

CL - 67 - 9

DRESSER INDUSTRIES INC., Two Gateway Center, Pittsburgh,Pa.

USA

Diffusor mit veränderlicher Fläche für Kompressoren

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugal-Kompressor mit einem schaufellosen Diffusor, dessen eine Wand durch ein ringförmiges Teil begrenzt wird, das relativ zu der anderen Wand unter Verkleinern oder Vergrößern der Breite des Diffusorkanals beweglich ist. Die ringförmige Wand ist an vier Pfosten angeordnet, die sich durch Öffnungen in dem Kompressorgehäuse erstrecken und führen die hin- und hergehende Bewegung der ¥and. Die gegenüberliegenden Enden der Pfosten stehen in Arbeiteverbindung mit schraubenförmigen Nocken in einem ringförmigen Steuerteil, das für eine Drehung an dem Gehäuse angeordnet ist. Die Schwingbewegung des Steuerteils vermittels irgendeines geeigneten Steuermechanismus führt zu einer entsprechenden hin- und hergehenden Bewegung der beweglichen ringförmigen Wand.

Allgemeiner Stand der Technik

Bei dem Aufbau von Kompressoren oder Kompressorsystemen für das Zuführen von Arbeitsluft, d.h. komprimierter Luft für den Betrieb von z.B. mit Luft betriebenen Werkzeugen nuß Vorsorge für sich verändernde Lufterfordern!sse getroffen

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werden und dies ist kennzeichnend bei dieser Belastungsart, . und es stellt ein kennzeichnendes Merkmai von mit konstanter Geschwindigkeit betriebenen Zentrif ugalkonipressoren dar, daß dieselbe» innerhalb eines schmalen Bereiches des VoIurnenflüsses ihren liöchston ¥irkun_o3grad besitzen. Das Ansaugen oder Pulsieren stellt einen nicht stabilen Arbeitszustand der Zentrifugalkompressoren dar und dies tritt ein, wenn die Flielsgeschwinuiöksit in dem Kompressor auf einen gewissen Wert unter einem vorgesehenen Arbeitspunlct der fe Maschine veri-ingert worden ist. Die Intensität des Ansaugens kann dergestalt sein, daß hierdurch heftige Schläge ausgebildet werden, die zu einer Beschädigung der Maschine führen können.

Ein Versuch den BereicL. des Volumeriflusses zu vergrößern, innerhalb dessen ein mit konstanter Geschwindigkeit betriebe ner Zentrifugalkompressor mit dem höchsten Wirkungsgrad arbeitet und den Fließgeschwindigkeitspunkt zu verringern, bei dem ein Ansaugen auftritt, besteht darin, daß ein Diffusor mit einer veränderlichen Fließfläche vorgesehen wird,

die in übefeinstimmung mit der erforderlichen Fließgeschwindigkeit durch den Kompressor eingestellt wird. Es ist bekannt, schaufellose Diffusoren vorzusehen, bei denen eine Wand des Diffusorkanais ein ringförmiges Teil darstellt, das relativ zu dem anderen unter Verändern der Diffusorbreite bewegt werden kann. _ ■ _

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Zusammenfassung der Erfindung

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Zentrifugalkompressor zu schaffen, der einen Schaufellosen Diffusor aufweist, wobei eine durch ein ringförmiges Vandteil begrenzte veränderliche Wand vorgesehen ist, und weiterhin ein verbessertes Mechanismus zum Einstellen der Lage der beweglichen Wand in Übereinstimmung mit den gewünschten Arbeitsbedingungen vorliegt.

Erfindungsgemäß ist ein Zentrifugal-Kompressor mit einem schaufellosen, ringförmigen Diffusorkanal versehen, der die Kompressionskammer mit der Auslaßkammer verbindet, wobei eine der gegenüberliegenden Wände der Diffusorkammer durch ein ringförmiges ¥andteil umgrenzt wird, das relativ zu der gegenüberliegenden Wand bewegt werden kann. Das ringförmige Wandteil wird für eine hin- und hergehende Bewegung in dem Kompressorgehäuse durch parallele Pfosten getragen un'd geführt. Die Pfosten stehen an ihren gegenüberliegenden Enden mit einem ringförmigen Steuerteil in Verbindung, das für eine Drehbewegung an dem Kompressorgehäuse angeordnet ist und weist Nocken für das Ausführen der hin- und hergehenden Bewegung des Wandteils in Übereinstimmung mit Schwingungen des Steuerteils auf.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert:

Fig. 1 ist eine Ansicht im Schnitt durch einen Zentrifugal-Kompressor in einer Ebene durch die Flfigelradachse.

Fig. 2 ist eine weggebrochene Ansicht des Kompressors in Blickrichtung auf die Einlaßseite desselben längs der Linie 2-2 nach der Fig. 1. _ 4 _

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Fig.'3 ist eine Ansicht im Schnitt eines Teils der Steueranordnung in Blickrichtung längs der Linie 3-3 nach der Fig. 2.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist dort ein Zentrifugalkompressor 10 wiedergegeben, der ein Gehäuse begrenzt durch Gehäuseteile 10 und 11 aufweist, die miteinander benachbart zu den äußeren Umfangen vermittels geeigneter Bolzen befestigt sind. Das Kompressorgehäuse begrenzt eine Kompressorkammer zwischen der Einlaßdüse 12 in dem Gehäuseteil 10 und der ringförmigen Auslaßkammer 13 benachbart zu dem äußei^en Umfang dee Gehäuses· Ein

™ Flügelrad 14 mit Flügeln 15 ist für ein Umlaufen im Inneren der Kompfessorkammer angeordnet und an einer geeigneten Welle befestigt, die sich durch eine Öffnung 17 in dem Gehäuseteil 11 erstreckt. Die Öffnung 17 kann eine geeignete Dichtung oder Lagergehäuse für die Flügelradwelle aufnehmen. Das Flügelrad 14 ist durch einen schaufellosen Diffusor umgeben, der einen ringförmigen, sich radial erstreckenden Kanal 20 darstellt, welcher den äußeren Umfang des Flügelrades 14 und die Auelaßkammer 13 verbindet. Eine ortsfeste Wand des Diffusorkanal·

k wird durch das Gehäuseteil 11 und eine beweglich· Wand 21 des Diffusorkanals durch ein ringförmiges Teil begrenzt, das in einer ringörmigen Ausnehmung 22 in dem Gehäuseteil 10 konzentrisch zu der Drehachse des Flügelrades angeordnet ist. Das bewegliche Wandteil weist einen allgemein rechtwinkligen Querschnitt auf, wobei die Oberfläche die Diffusorwandoberflache begrenzt, die für «inen glatten Luftfluß «in· entsprechende Umrißform besitzt. Dementsprechend ist die ringförmig· Ausnehmung 22 allgemein rechtwinklig im Querschnitt und so dimensioniert, daß das beweglich· Wandteil relativ eng angepaßt darin ist.

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ORIGfNAL INSPECTED

Die bewegliche Wand 21 wird für eine hin- und hergehende axiale Bewegung an vier zylinderförmigen Pfosten 23 getragen und geführt, die sich durch die zylinderförmige Bohrung 2k in dem .Gehäuseteil 10 erstrecken, und diese Bohrungen verlaufen parallel -zueinander und liegen in Umfangsrichtung im gleichen Abstands- . Verhältnis konzentrisch zu der Flügelradachse vor* Die Pfosten 23 sind für eine enge Gleitanpassung im Inneren der entsprechenden Bohrungen Zk dimensioniert und die Pfosten sind mit Gewindestiften 25 und 26 versehen, die von gegenüberliegenden Enden aus vorspringen. Die Pfosten 23 sind starr an der beweglichen Wand 21 aufgrund eines Gewindeeingriffs der Stutzen 25 in geeigneten Gewindelöchem in dem beweglichen Wandteil befestigt.

Um ein Umlaufen des Gases um das bewegliche Wandteil 21, d.h. radial durch die Ausnehmung 22, zu vorhindern, das gegebenenfalls eintreten kann aufgrund des Druckgradienten, der über die Diffusorwand während eines normalen Arbeitens des Kompressors vorliegt, sind Dichtungen an den inneren und äußeren Umfangen des Wandteils angeordnet. Es ist ein innerer Kolbendichtungsring 27 in einer geeigneten ringförmigen Ausnehmung in der inneren zylinderförmigen Wand der ringförmigen Ausnehmung 22 angeordnet, um so eine Abdichtung zwischen dieser Zylinderförmigen Vand und der inneren zylinderförmigen Wand des Wandteils 21 zu bewirken. Es ist ein äußerer Dichtungsring 28 in einer ringförmigen Ausnehmung in der äußeren zylinderförmigen Wand des beweglichen Wandteils 21 angeordnet, um so zu einer Abdichtung dieser zylinderförmigen Wand und der äußeren zylinderförmigen Wand der ringförmigen Ausnehmung 22 zu führen.

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Durch diese Dichtungen und die Dichtungen Tür den zu beschreibenden Pfosten 23 wird eine abgeschlossene Tasche oder Raum zwischen dem beweglichen Wandteil und dem Boden der ringförmigen Ausnehmung 22 geschaffen. Ds istzweckmäßig, diese abgeschlossene Tasche zu entlüften und dies wird dadurch erreicht, daß ein oder mehrere Entlüftungskanäle 29 durch das bewegliche Wandteil hindurch vorgesehen werden. Vorzugsweise öffnen sich die Entlüftungskanäle zu der Diffusorseite des Wandteils an einer genauen radialen Stelle und dies aufgrund des über das bewegliche Wandteil hin vorliegenden Druckgradienten. Die radiale,Stelle wird .so ausgewählt, daß der in der abgeschlossenen Tasche vorliegende und auf das bewegliche Wandteil einwirkende Druck dem durchschnittlichen Druck entspricht, der auf die Diffusorseite der beweglichen Wand einwirkt, d.h. daß die auf die gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Wand einwirkenden Kräfte so abgeglichen sind, daß keine Lageanordnung der beweglichen Wand aufgrund der weiter unten beschriebenen Anordnungen sich ergibt.

Um ein Lecken des Gases aus der abgeschlossenen Tasche nach außerhalb des Gehäuses 12 zu verhindern, sind O-Hingdichtungen in geeigneten ringförmigen Ausnehmungen in den zylinderförmigen Wänden der Pfosten 23 für einen dichtenden Eingriff mit den Wänden der Bohrungen 24 vorgesehen.

Anhand der obigen Erläuterungen ergibt sich, daß die bewegliche Diffusorwand 21 für eine hin- und hergehende axiale Bewegung relativ zu der ortsfesten Diffusorwand angeordnet und geführt ist, sowie eine Drehbewegung relativ zu dem Gehäuse verhindert wird und sie gasdicht abgedichtet in dem Gehäuse vorliegt.

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Die hin- und hergehende Bewegung der beweglichen Diffusorwand 21 wird durch ein Steuerteil 32 gesteuert, das ein ringförmiges Ringteil darstellt, welches für ein Umlaufen an dem Äußeren des Gehäuseteils 10 konzentrisch zu der Flügelradachse angeordnet ist. Die Einlaßdüse 12 des Gehäuseteils 10 begrenzt eine äußere zylinderförmig-e Oberfläche, innerhalb derer ein äußerer Kugellaufring 33 vorgesehen ist. Die innere zylinderförmige Oberfläche des Stouerrings 32 ist mit einem komplimentären Kugellaufring 3^· versehen. Mit geeigneten Kugeln 42 ist sodann der Steuerring 32 drehbar an dem Gehäuseteil 10 befestigt und wird an einer relativen axialen Bewegung gehindert.

Der Steuerring 32 weist winkelförmig im gleichen Abstand angeordnete, schraubenförmige Nocken 35 auf, die durch geneigte, kreisbogenförmige Stege 36 begrenzt sind, und die Stege sind radial durch kreisbogenförmige Schlitze 37 unterteilt, die konzentrisch zu der Drehachse des Steuerrings vorliegen.

Die schraubenförmigen Nocken 35 liegen in einem derartigen Verhältnis zu den Pfosten 23 vor, daß die Pfostenstifte 26 sich durch die entspfecherdsn Schlitze 37 erstrecken. Die gegenüberliegenden Flächen der Stege 36 stehen im Eingriff mit Lagerteilen 38 in Form von keilförmigen Unterlegscheiben mit Vorsprüngen 39 , die sich in die Schlitze 37 erstrecken, von denen zwei über jedem der entsprechenden Gewindestifte 26 angeordnet und daran vermittels geeigneter Muttern befestigt sind. Diese Lagerteile können aus einem geeigneten Lagermaterial, wie Oilitbronze hergestellt sein und arbeiten als Stössel der schraubenförmigen Nocken. Jeder der schraubenförmigen Nocken

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weist das gleiche Verhältnis gegenüber der Drehebene dee Steuer· rings 32 auf, so daß bei Schwingbewegung des Steuerrings die bewegliche Diffusorwand in ausgewählten parallelen Ebenen relativ zu der ortsfesten Diffusorwand angeordnet wird.

Es ist ein Steuerarm ko in geeigneter Weise an dem Steuerring 32 befestigt, und es kann eine Betätigung durch irgendeinen geeigneten Steuermechanismus unter Schwingbewegung des Steuerrings aufgrund der Arbeitsbedingungen des Kompressors betätigt werden. Der hier beschriebene Mechanismus führt zu einer zwangsläufigen und genauen Steuerung für die Veränderung der Breite des Diffusorkanais 20.

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Claims

Patentansprüche

11 Zentrifugalkompressor mit einem Gehäuse, das eine Kompressorkamrner und eine ringförmige AuslaOkamraer begrenzt, sowie einen in der Kompressorkammer angeordnetem Flügelrad, dadurch gekennzeichnet , daßein ringförmiger Diffusorkanal vorliegt, der die Kompressionskammer mit der Auslaßkammer verbindet und durch die gegenüberliegenden ¥ände begrenzt wird, wobei wenigstens eine derselben relativ zu der anderen beweglich ist, um den Diffusorkanal zu vergrößern oder zu verkleinern, wobei die bewegliche Wand ein Ringteil besitzt, das für eine axiale Bewegung relativ zu dem Gehäuse angeordnet ist, das Ringteil an einer Mehrzahl an Pfosten getragen wird, die sich in einer Richtung parallel zu der Achse des Flügelrades erstrecken, eine Anordnung an dem Gehäuse für das Führen der geradlinigen Bewegung der Pfosten parallel zu der Achse des Flügelrades vorliegt, ein ringförmiges Steuerteil für eine Drehbewegung an dem Gehäuse axial ausgerichtet zu der beweglichen Wand parallel hierzu vorliegt, das Steuerteil eine Mehrzahl an.Nocken begrenzt, jeder der Nocken durch gegenüberliegende Oberflächen des Steuerteils geneigt längs eines Bogens relativ zu der Drehebene des Steuerteils begrenzt ist, eine Anordnung vorgesehen ist, die die Pfosten mit den entsprechenden Steuerteilnocken verbindet, wodurch die Schwingbewegung des Steuerteils relativ

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zu dem Gehäuse zu einer geradlinigen Bewegung der Pfosten rela-, tiv zu dem Gehäuse und dementsprechender geradliniger Bewegung der bewglichen Diffusorwand führt»

2, Zentrifugalkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse mit einer Mehrzahl an Bohrungen versehen ist, die sich parallel zu der Drehachse des Flügelrades erstrecken, die Bohrungen so dimensioniert sind, daß die die Pfosten mit einer Gleitanpassung für das Tragen und Führen ' der beweglichen Wand aufnehmen .

3· Zentrifugalkompressor nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet , daß das Gehäuseteil gegenüberliegend zu dem Teil, das di· ortsfeste Diffusorwand begrenzt, mit einer ringförmigen Ausnehmung mit einem allgemein rechtwinkligen Querschnitt versehen ist, die bewegliche Diffusorwand allgemein rechtwinklig im Querschnitt und so dimensioniert ist, daß dieselbe im Inneren der ringförmigen Ausnehmung mit relativ enger Anpassung aufgenommen wird, die bewegliche Vand voll in der Ausnehmung aufgenommen wird, in der dem größten Fluß entsprechenden Lage der beweglichen Vand, wodurch die bewegliche Wand und das benachbarte Gehäuseteil eine glitte Diffusorwand-Oberflache begrenzt.

k, Zentrifugalkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleitende Dichtungsringe für benachbarte zylinderförmige Oberflächen des beweglichen Wandteils und der ringförmigen Ausnehmung vorgesehen sind«,

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5· Zentrifugalkompressor,nach Anspruch. 1, dBUurch gekennzeichnet , daß das Steuerteil an dem Gehäuse vermittels komplimentärer Kugellaufringe angeordnet ist, die in entsprechender Weise in der Umfangswand eines axial vorspringenden Teils des Gehäuses und einer inneren Wand des ringförmigen Steuerteils ausgebildet sind, diese Teile miteinander vermittels Kugeln verbunden sind, die im Inneren der Laufringe vorliegen.

6. Zentrifugalkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Nocken schraubenförmige Nocken sind, die durch winkelförmig im Abstandsverhältnis vorliegende, geneigte Stegteile des Steuerteils begrenzt werden, die Stegteile eine einheitliche Dicke aufweisen und radial sich kreisbogenförmige Schlitze konzentrisch zu der Drehachse unterteilt sind, sowie die Pfosten sich durch die kreisbogenförmigen Schlitze erstrecken und riit Stösseln versehen sind, die mit beiden der gegenüberliegenden Oberflächen der Stegteile im Eingriff stehen.

7. Zentrifugalkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß jederder Pfosten einen sich axial erstreckenden Stift aufweist, der sich durch einen kreisbogenförmigen Schlitz in dem Steuerteil erstreckt und ein Paar Lagerteile durch den Stift für einen gleitenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Flächen des zugeordneten Nockenstegs getragen wird.

8. Zentrifugalkompressor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eineDichtungsanordnung zwischen den inneren Wänden der ringförmigen Ausnehmung und dem beweglichen Wandteil und zwischen den äußeren Wänden der ringförmigen Ausnehmung

• - k -

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und dem beweglichen Wandteil vorliegt, um so den Gasfluß radial durch die ringförmige Ausnehmung zu verhindern*

°« Zentrifugalkompressor nach Anspruch 8, dadurch g β kβ η η ■zeichnet , daß eine Entlüftungsanordnung durch die be- . wegliche Wand hindurch für das Entlüften des ringförmigen Raums zwischen der Wand und dem Boden der ringförmigen Ausnehmung
vorgesehen ist, diese Entlüftungsanordnung sich zu der-Diffusorseite der beweglichen Wand an einer vorherbestimmten radialen
Stelle dergestalt öffnet, daß die auf die gegenüberliegenden
Seiten derselben einwirkenden Kräfte gesteuert ~#ejrjLen.

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